压力容器新型封头分析设计.pdf

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1、石油与化工设备一26．2010年第l3卷压力容器新型封头分析设计李业勤(常州化工设备有限公司，江苏常州213002)[摘要]在对新型封头进行有限元分析的基础上，根据分析设计原理，提出压力容器新型封头的壁厚计算公式，并与文献【”、文献【恨出的计算公式进行了比较。[关键词]新型封头；有限元分析；壁厚计算公式迄今为止，压力容器领域主要采用标准椭圆h=(n—An2_2)／(n．1)+r1+An)／形封头、碟形封头及半球形封头。An(n一1)(4)针对碟形封头的力学性能较差这一点，在给又令M=h／r，则：定的直角坐标系

2、下，文献提出经线由2．25次抛物M=[an(n—An2—2)／(n—1)+f1+An2)]／线和圆弧线组成的新型封头，并与同深度的标准[A(2n2_n)+1](5)椭圆形封头进行了比较，在不计及边缘应力的情令n=2．25，A=0．9096，可得M=0．5。进而同况下提出了壁厚计算公式。时有：文献H根据对文献¨提出的新型封头所进行Q=一3．1510：的有限元分析和应力实测的结果，顾及边缘应力的影响，仿照碟形封头的壁厚计算公式重新提出13=2．9378(~r=2．9378)；了该种新型封头壁厚计算公式。R=4．6

3、199：本文的宗旨是：根据有限元分析结果，运用h=1．4689。分析设计原理，对新型封头壁厚计算公式进行较丫为深入的讨论，从而提出新的壁厚计算公式。c(，)O’——一0”1新型封头中间面的形成y：一＼如图1所示，在平面直角坐标系中，作曲线y=f(x)=Ax“(A>0，x≥0，2

4、根据上述封头经线形成的方式，可得如下几当n>2、A>0时，式(3’)变成(3)点结论：R=(1+An2)／An(n一1)(3)(1)从理论上而言，封头与筒体之间以及抛物线面和球面之间无曲率突变；令A>√(，?一2)／z，则Q<0，说明c点在Y轴之(2)正如文献⋯所指出的，在抛物线面上左，以C点为圆心，以R为半径，过f(x1曲线上M点作圆弧交直线y=13于一点O”。直线y=13和Y轴其第一曲率半径存在最小值plmin=0．65l4，交于O。令0O=h、OO=r，以Y一13为作者简介：李业勤(1949一)，男，江

5、苏泰州人，研究员级旋转轴，由前所作的两段曲线，绕v—轴旋转得高级工程师，长期从事压力容器研究设计制造等工作，提出的封头的中问面。由Q<0及h=a+RN：新型封头即抛物圆弧形封头正向全国锅容标委申报试用。第5期李业勤压力容器的局部应力应变寿命分析一27一若忽略封头中间面和内表面的关系，可认为式是收敛的，但被积函数的原函数较难求取，故Plmin=0．1109Dj。对照碟形封头的过渡区半径应实际上只能求近似值约为1．8046。不小于封头内直径的10％，且不小于封头厚度3倍3新型封头膜应力分析的条件，该新型封头在中、

6、低压条件下，一般均文献n给出了新型封头的膜经向应力以及膜周可满足。向应力与简体膜周向应力的比值，即给出了新型(3)正如文献[4所指出的，在抛物线面上其封头的膜经向和膜周向应力强度K和K。，如表1第一曲率半径存在平均值，不难证明其积分表达所示：表1X00．10．20．24730．30．40．50．5024O．5l410．52380．53790．5731K01-1．0871—1．3556—1．3819—1．3528一l_1647X0．5O．60．70．80．91≤X≤lI4689O．61570．66400．707

7、80．74890．78400．7863K0—0．8601-0．4991-0．12700．22470．53450．7863由表1可知：在转角处出现了较大的周向压应筒体一端作为结构对称面，给以轴向固定，力一1．3819，但与同深度的碟形封头~pR,-=0．9D，计算模型的其余周边由于轴对称性，周向相互约r=0．17Di的碟形封头相比要小得多，为防周向失束，不产生周向位移，因此给以其约束。结构以稳只要能同标准椭圆形封头及=o．9Di，r=0．17Di四边形及三角形单元离散。网格划分如图2，分93的碟形封头一样厚度满

8、足不小于内直径的0．15％D个板壳单元，31个边界单元，共156个节点。就行了。用板壳单元计算的结果如表2所示。其中K4新型封头有限元应力分析K。分别表示总应力经向和周向应力强度，z／r表示封头上点偏离轴线的距离Z与封头半径r的比，x／r文献[2提供了对新型封头进行有限元应力分析表示简体上偏离封头与筒体之间切线的距离X与封的结果，现介绍如下：头半径r的比，如图3所示。鉴于通常封头是轴对称薄壁壳体，因